Vài năm qua, Linux đã thực sự tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực máy tính. Sự phát triển và những gì chúng mang lại cho máy tính thật đáng kinh ngạc: một hệ điều hành đa nhiệm, đa người dùng. Linux có thể chạy trên nhiều bộ vi xử lý khác nhau như: Intel , Motorola , MC68K , Dec Alpha. Nó tương tác tốt với các hệ điều hành: Apple , Microsoft và Novell. Không phải ngẫu nhiên mà ngành công nghệ thông tin Việt Nam chọn Linux làm hệ điều hành nền cho các chương trình ứng dụng chủ đạo về kinh tế và quốc phòng.Ngày nay khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng đang trên đà phát triển mạnh mẽ và không ngừng nâng cao phát triển về mọi mặt. Đặc biệt là ngành công nghệ thông tin. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, máy tính đã không
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÀI TẬP TIỂU LUẬN MÔN HỌC: KTMT&HĐHĐỀ TÀI
Nghiên cứu tìm hiểu về quản lý thiết bị ngoại vi trongHĐH Linux
Giáo viên hướng dẫn :
Nhóm thực hiện : Nhóm 8 Lớp : IT6067.7
Sinh viên thực hiện :
Hà Nội, tháng 12 năm 2022
Trang 2Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI………
1.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX ……… 4
1.1.1 Khái niện Hệ điều hành 4
1.1.2 Chức năng của Hệ điều hành 4
1.1.3 Lich sự Hệ điều hành linux 5
1.1.4 Thiết bị ngoại vi 6
1.2.CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 6
Hình 1.1 : Con trỏ chuột………7
Hình 1.2 : CD_ROM………8
Hình 1.3 : DVD………8
CHƯƠNG 2: YÊU CẦU QUẢN LÝ, NGUYÊN TẮC TỔ CHỨC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN DMA……… 10
2.1.Yêu cầu của quản lý thiết bị 10
2.2 Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị 10
2.3 Bộ điều khiển DMA 11
2.3.1 Khái niệm DMA 11
2.3.2 Hoạt động DMA cơ bản 12
Hình vẽ 2.1 : Ðồ thị thời gian đọc / ghi DMA………13
Hình vẽ 2.2 : Ðồ thị thời gian đọc / ghi DMA………13
Hình vẽ 2.3 : Ðồ thị thời gian đọc / ghi DMA………14
CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT ÁP DỤNG TRONG QUẢN LÝ THIẾT BỊ………15
3.1 Kỹ thuật vùng đệm 15
3.1.1 Khái niệm và mục đích của vùng.đệm………
153.1.2 Phân loại vùng đệm………
15 3.2 Kĩ thuật kết khối 18
3.3.Xử lí lỗi 19
CHƯƠNG 4:TRUY XUẤT ĐĨA VÀ CÁC LỆNH QUẢN LÝ THIẾT BỊ NGOẠI VI………21
4.1 Cách truy xuất đĩa 21
4.2.Các lệnh quản lý thiết bị ngoại vi 21
KẾT LUẬN 24
Trang 3Tài liệu tham khảo……… ………25
MỞ ĐẦU
Vài năm qua, Linux đã thực sự tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vựcmáy tính Sự phát triển và những gì chúng mang lại cho máy tính thậtđáng kinh ngạc: một hệ điều hành đa nhiệm, đa người dùng Linux có thểchạy trên nhiều bộ vi xử lý khác nhau như: Intel , Motorola , MC68K ,Dec Alpha Nó tương tác tốt với các hệ điều hành: Apple , Microsoft vàNovell Không phải ngẫu nhiên mà ngành công nghệ thông tin Việt Namchọn Linux làm hệ điều hành nền cho các chương trình ứng dụng chủ đạovề kinh tế và quốc phòng.Ngày nay khoa học kỹ thuật trên thế giới nóichung, ở Việt Nam nói riêng đang trên đà phát triển mạnh mẽ và khôngngừng nâng cao phát triển về mọi mặt Đặc biệt là ngành công nghệ thôngtin Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, máy tính đã không
Trang 4ngừng được chỉnh lí và hoàn thiện Cùng với đó là sự đóng góp quantrọng, không thể thiếu của các thiết bị ngoại vi
Trong quá trình làm bài, nhóm tuy đã rất cố gắng nhưng chắc chắn khôngtránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy đểbài viết hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX VÀ THIẾTBỊ NGOẠI VI
1.1 Sơ lược về hệ điều hành linux và thiệt bị ngoại vi
1.1.1 Khái niện Hệ điều hành
Hệ điều hành là tập hợp các chương trình được tổ chức thành một hệthống với nhiệm vụ đảm bảo tương tác giữa người dùng với máy tính,cung cấp các phương tiện và dịch vụ để phân phối việc thực hiện cácchương trình, quản lý chặt chẽ các tài nguyên của máy, tổ chức khai thácchúng một cách thuận tiện và tối ưu.
1.1.2 Chức năng của Hệ điều hành
- Tổ chức giao tiếp giữa người sở dụng và hệ thống.
- Cung cấp bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi, cho chương trình và tổ chứcthực hiện các chương trình đó.
- Tổ chức lưu trữ thông tin trên bộ nhớ ngoài, cung cấp các công cụ tìmkiếm và truy cập thông tin.
- Hỗ trợ phần mềm cho các thiết bị ngoại vi.- Cung cấp các dịch vụ tiện ích hệ thống.
1.1.3 Lich sự Hệ điều hành linux
Trang 5Linux bắt đầu từ một hệ điều hành lớn hơn có tên Unix Unix là mộttrong những hệ điều hành được sử dụng rộng rãi nhất thế giới do tính ổnđịnh và khả năng hỗ trợ của nó Ban đầu hệ điều hành linux đã được pháttriển như một hệ điều hành đa nhiệm cho các máy mini và các máy lớn(mainframe) trong những năm 70 Cho tới nay nó đã được phát triển trởthành một hệ điều hành phổ dụng trên toàn thế giới, mặc dù với giao diệnchưa thân thiện và chưa được chuẩn hóa hoàn toàn.
Linux là phiên bản Unix được cung cấp miễn phí, ban đầu được pháttriển bởi Linus Torvald năm 1991 khi còn là một sinh viên của trường đạihọc Helssiki Phần Lan Hiện nay, Linux làm việc tại tập đoàn Transmetavà tiếp tục phát triển nhân hệ điều hành Linux ( Linux kernel).
Khi linux tung ra phiên bản miễn phí đầu tiên của Linux trênInternet, vô tình đã tạo ra một làn sóng phát triển phần mềm lớn nhất từtrước đến nay trên phạn vi toàn cầu Hiện nay, Linux được phát triển vàbảo trì bởi một nhóm hàng nghìn lập trình viên công tác chặt chẽ vớinhau qua Internet Nhiều công ty đã xuất hiện, cung cấp linux dưới danggói phần mềm dễ cài đặt, hoặc cung cấp các máy tính đã cài đặt sẵnLinux.
Tháng 11 năm 1991, Linux đưa ra bản chính thức đầu tiên củaLinux, phiên bản 0.02.
Sau 3 năm nhân Linux ra đời, đến ngày 14-3-1994, hệ điều hànhLinux phiên bản 1.0 được phổ biến, đây là phiên bản tương đối ổn định.
Vào tháng 3-1995, nhân 1.2 được phổ biến Điều đáng kể của Linux1.2 so với Linux 1.0 ở chỗ nó hỗ trợ một phạm vi rộng và phong phúphần cứng, bao gồm cả kiến trúc tuyến phần cứng PCI mới Nhân Linux1.2 nhân kết thúc dòng nhân Linux chỉ hỗ trợ PC.
Tháng 6-1996, nhân Linux 2.0 được phổ biến
Trang 6Tới năm 2000, nhân Linux 24 được phổ biến.
Với phiên bản Linux 2.2.6, bạn có thể làm việc trên môi trường đồhọa với các ứng dụng cao cấp như: các tiện ích đồ họa và các tiện íchkhác.
Hiện nay, Linux là một hệ điều hành Unix đầy đủ và độc lập Nó cóthể chạy X Window, TCP/IP, Emacs, Web, thư điện tử và các phần mềmkhác Hầu hết các phần mềm miễn phí và thương mại đều được chuyểnlên Linux.
1.1.4 Thiết bị ngoại vi
Thiết bị ngoại vi là tên chung nói đến một số thiết bị bên ngoài thùngmáy được gắn kết với máy tính với tính năng nhập xuất(I/O) hoặc mởrộng khả năng lưu trữ ( như một dạng bộ nhớ phụ).
Thiết bị Thiết ngoại vi của máy tính có thể là:
- Bị cấu thành lên máy tính và không thể thiếu được ở một sốloại máy tính.
- Thiết bị có mục đích mở rộng tính năng hoặc khả năng củamáy tính.
Có rất nhiều thiết bị ngoại vi của máy tính như: Màn hình máy tính,ổ đĩa mềm, ổ cứng, USB, ổ quang (CD ,DVD), chuột máy tính, bàn phímmáy tính, máy in, webcam, modem các loại, loa máy tính, micro
Trang 7Key Board có nhiều loại khác nhau:
Keyboard tiêu chuẩn
Keyboard cho máy tính xách tayKeyboard ảo
Mouse: con trỏ chuột.
Hình 1.1: con trỏ chuột
Con trỏ chuột ra đời muộn hơn Keyboard.
Sự ra đời của con trỏ chuột là một cột mốc trong ngành chế tạo máytính
Giúp sự điều khiển sử dụng máy tính dễ dàng và tiện lợi hơn.
Từ khi ra đời cho đến nay con trỏ chuột đã có nhiều thay đổi trongcông nghệ chế tạo.
Máy tính lớn: chuột quang, chuột laser, chuột bi lăn
Máy tính nhỏ: track ball, track Pad,chuột cảm ứng
Thiết bi xuất dữ liệu: Monitor, printer, card mở rộng: card âmthanh, card mạng ổ quang: CD-ROM, DVD, các thiết bị khác
Monitor: màn hình
Trang 8CRT (Cathode Ray Tube): Màn hình dùng cồn nghệ ống cựcCathode lạnh, ra đời từ rất lâu, hiện công nghệ CRT đang dần được thaythế bằng LCD.
LCD (Liquid Crystal Display): Màn hình tinh thể lỏng ra đời từsớm, tuy nhiên do hạn chế về tính năng và giá cả, nên LCD mới chỉ đượcdùng rộng rãi gần đây.
Màn hình cảm ứng: là màn hình CRT hoặc LCD thông thường vàđược lắp đặt trên tấm màn hình cảm ứng (cảm ứng điện chở hoặc điệndung).
Printer: máy in được coi là thiết bị xuất dữ liệu cổ xưa, máy in rađời trước khi mà hình ra đời.
Máy in Kim: sử dụng ma trận kim và ruy băng mực (giống giấythan) để in ký từ.
Máy in Phun: dùng công nghệ phun mực trực tiếp lên giấy in.Thường dùng để in ảnh.
Máy in Laser: dùng công nghệ định vị điểm ảnh bằng tia lade trêntrống in để in ảnh, tốc độ cao.
Máy in Offser: công nghệ cao dùng để in tốc độ nhanh, in chi tiết. Ổ quang
Hình 1,3 DVDHình 1,2.CD-ROM
Trang 9Dùng lưu trữ dữ liệu, Ổ quang là phương tiện lưu trữ dữ liệu hiệu quả, tiện dụng ổ quang thế hệ đầu là CD-ROM có khả năng đọc dữ liệu trên các đĩa compact dung lượng chứa tối đa 800 MB dữ liệu.
Thế hệ tiếp theo là công nghệ DVD với dung lượng tiêu chuẩn 4,8 GB đĩa DVD 2 lớp có 9GB dữ liệu, đĩa DVD 2 mặt 2 lớp có 18GB dữ liệu.
Thế hệ mới nhất là HD-DVD và bluray với tiêu chuẩn chưa 24GB dữ liệu.
Các thiết bị ngoại vi khácCard âm thanhCard mạng LanModem Dial-upỔ đĩa F
loppy DiskỔ đĩa ZIP
Đầu đọc thẻ nhớ
Trang 10CHƯƠNG 2: YÊU CẦU QUẢN LÝ, NGUYÊN TẮC TỔ CHỨC VÀBỘ ĐIỀU KHIỂN DMA
2.1.Yêu cầu của quản lý thiết bị
Chức năng của các thiết bị ngoại vi là đảm nhiệm việc truyền thôngtin qua lại giữa các bộ phận của hệ thống Do đó, yêu cầu của hệ điềuhành là tìm phương pháp tổ chức và truy nhập thông tin trên các thiết bị
Ngoài các thiết bị chuẩn có tính chất bắt buộc (màn hình, bàn phím,máy in…) thì các hệ thống máy tính phải có khả năng kết nối với sốlượng tùy ý các thiết bị ngoại vi bổ sung Các thiết bị này có thể khácnhau về bản chất và nguyên lý hoạt động, vì vậy hệ điều hành cần phảitìm cách quản lý, điều khiển và khai thác các thiết bị một cách có hiệuquả.
CPU không làm việc trực tiếp với các thiết bị ngoại vi, do đó cầnphải tổ chức các thiết bị sao cho CPU không phụ thuộc vào sự biếnđộngcủa các thiết bị.
2.2 Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị
Nguyên tắc cơ bản để tổ chức và quản lý thiết bị dựa trên cơ sở:CPU chỉ điều khiển các thao tác vào/ra chứ không trực tiếp thực hiện cácthao tác này Để đảm bảo được nguyên tắc này, các thiết bị không gắntrực tiếp với CPU mà gắn với các thiết bị đặc biệt – thiết bị quản lý(Control Device) Một thiết bị quản lý có thể kết nối với nhiều thiết bịvào/ra.
Trang 11Thiết bị quản lý đóng vai trò như một máy tính chuyên dụng cónhiệm vụ điều khiển các thiết bị kết nối với nó và gọi là kênh vào/ra Mỗikênh vào ra có ngôn ngữ và hệ lệnh riêng Chúng hoạt động độc lập vớinhau, độc lập với CPU và độc lập với các thành phần khác trong hệthống.
Ví dụ : Để chuyển thông tin từ bộ nhớ trong ra ngoài và ngược lại,kênh phải truy nhập trực tiếp bộ nhớ theo một cơ chế đặc biệt, song songvà độc lập với CPU Cơ chế này được gọi là DMA ( Direct MemoryAccess)
Một hệ thống máy tính có thể có nhiều kênh vào/ra, mỗi kênh vào/ralại có thể có những kênh con của mình Để điều khiển hoạt động của cáckênh, cần có các chương trình điều khiển riêng gọi là chương trình điềukhiển kênh.
Để hệ thống làm việc được với các kênh thì CPU phải hiểu đượcngôn ngữ kênh Ngôn ngữ kênh được nạp vào hệ thống khi nạp hệ điềuhành hoặc ngay cả khi hệ điều hành đang hoạt động ( ngôn ngữ kênh thựcchất là các trình điều khiển kênh ).
2.3 Bộ điều khiển DMA
Linux sử dụng cơ chế DMA để quản lý các kênh DMA (mỗi kênh có mộtvector).
2.3.1 Khái niệm DMA
Kỹ thuật vào ra DMA(direc memory acess) là phương pháp truy cập trực tiếp tới bộ nhớ hoặc I/O mà không có sự tham gia của CPU Phương pháp này trao đổi dữ liệu giữa bộ nhớ và thiết bị ngoại vi với tốc độ cao và chỉ bị hạn chế bởi tốc độ của bộ nhớ hoặc của bộ điều khiển
DMA Tốc độ truyền DMA có thể đạt tới 10 - 12 Kbyte với các bộ nhớ
Trang 12RAM có tốc độ cao DMA được ứng dụng trong nhiều mục đích nhưng thông thường nó được dùng trong quá trình "refresh" DRAM , màn hình ,đọc ghi đĩa ,truyền dữ liệu giữa các vùng nhớ với tốc độ cao
2.3.2 Hoạt động DMA cơ bản
Hai tín hiệu để yêu cầu và xác nhận trong hệ thống là HOLD được sử dụng để yêu cầu DMA và HLDA là đầu ra xác nhận DMA Khi tín hiệu HOLD hoạt động ( = 1) DMA được yêu cầu Bộ VXL trả lời bằng cách kích hoạt tín hiệu HLDA ,xác nhận yêu cầu đồng thời thả nổi các công việc hiện thời cùng các bus dữ liệu và địa chỉ ,điều khiển được đặt ởtrạng thái trở kháng cao Trạng thái này cho phép các thiết bị I/O bên ngoài hoặc các bộ VXL khác nắm quyền điều khiển bus hệ thống để truy cập trực tiếp bộ nhớ Tín hiệu HOLD có mức ưu tiên cao hơn
INTR( interrupt request ) hoặc đầu vào NMI (ngắt không che được ) và chỉ sau RESET Tín hiệu HOLD luôn có hiệu lực tại bất kỳ thời điểm nàotrong suốt quá trình thực hiện các lệnh khác của VXL Chú ý rằng từ lúc tín hiệu HOLD thay đổi cho đến khi tín hiệu HLDA thay đổi đã trải qua một số chu kỳ clock.
DMA thường được thực hiện giữa thiết bị I/O và bộ nhớ Quá trình đọc DMA là quá trình đưa dữ liệu từ bộ nhớ ra thiết bị I/O và ngược lại ,quá trình ghi DMA là quá trình đưa dữ liệu từ I/O tới bộ nhớ Trong cả hai chu trình này thiết bị I/O và bộ nhớ được điều khiển đồng thời dẫn đến cần có các tín hiệu điều khiển khác nhau Ðể điều khiển quá trình đọcDMA ta cần hai tín hiệu hoạt động MEMR( đọc bộ nhớ ) và IOW (ghi I/O ) Ðể điều khiển quá trình ghi ta có hai tín hiệu MEMW ( ghi bộ bộ nhớ) và IOR (đọc I/O ).Bộ điều khiển DMA cung cấp địa chỉ bộ nhớ và tín hiệu chọn thiết bị I/O cho 8088 trong suốt quá trình DMA Do tốc độ truyền DMA phụ thuộc vào tốc độ của bộ nhớ và tốc độ của bộ điều
Trang 13khiển DMA nên trong trường hợp tốc độ của bộ điều khiển DMA nhỏ hơn so với bộ nhớ thì bộ điều khiển DMA sẽ làm giảm tốc độ chung của hệ thống
Hình vẽ sau minh hoạ quá trình hoạt động DMA cơ bản cùng đồ thị thời gian đọc / ghi DMA :
Hình vẽ 2-1Ðồ thị thời gian đọc / ghi DMA.
Trang 14Hình vẽ 2-2
Hình vẽ 2-3
Trang 15CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT ÁP DỤNG TRONG QUẢN LÝTHIẾT BỊ
3.1 Kỹ thuật vùng đệm
3.1.1 Khái niệm và mục đích của vùng đệm
-Vùng đệm(buffer) là một cùng nhớ trung gian dùng làm nơi lưu trữthông tin tạm thời trong các thao tác vào/ra.
Để thực hiện một thao tác vào/ra, hệ thống cần phải thực hiện thaotác các bước sau:
1 Kích hoạt thiết bị.
2 Chờ thiết bị đạt trạng thái thích hợp.3 Chờ thao tác vào/ra được thực hiện.
Việc chờ đợi các thiết bị đạt trạng thái thích hợp chiếm một thờigian khá lớn trong tổng thời gian thực hiện các thao tác vào/ra Vì vậy, đểđảm bảo tốc độ hoạt động chung của toàn hệ thống, thao tác vào /ra cầnphải sử dụng vùng đệm nhằm mục đích:
1 Giảm số lượng các thao tác vào/ra vật lý.
Trang 162 Cho phép thực hiện song song các thao tác vào/ra với các xửlý thông tin khác nhau.
3 Cho phép thực hiện trước các phép nhập dữ liệu.
3.1.2.phân loại vùng đệm
Thường chia làm 3 loại:
- Vùng đệm trung chuyển - -Vùng đệm xử lí
- -Vùng đệm vòng tròn
*Vùng đệm trung chuyển
-trong vùng đệm này hệ thống tổ chức hai vùng nhớ riêng biệt:+ Vùng nhớ vào: Chỉ dùng để nhập thông tin
+Vùng nhớ ra: Ghi thông tin
Trong chương trình ứng dụng, ngay sau khi khi mở file, thông tin sẽđược chuyển đến vào vùng nhớ Khi gặp lệnh đọc(read) thông tin sẽ đượcchuyển tới các địa chỉ tương ứng nêu trong chương trình ứng dụng, mỗigiá trị sẽ được lưu trong hai nơi bộ nhớ Sau khi giá tri cuối cùng củavùng đệm được lấy ra vùng đệm trở nên rỗng và hệ thông tổ chức nhậpthông tin mới vào thời điểm sớm nhất có thể Để giảm thời gian chờ đợi,hệ thông có thể tổ chức nhiều vùng đệm vào, khi hết thông tin ở một vùngđệm hệ thống sẽ chuyển sang vùng đệm kế tiếp.
Đối với vùng đệm ra, thông tin cũng được xử lí tương tự nhưng theotrình tự ngược lại Lệnh ghi (write) không đọc trực tiếp thông tin mà thiếtbị đưa ra Khi một vùng đệm ra đầy hệ thống sẽ chuyển sang làm việc vớivùng đệm kế tiếp đồng thời tổ chức đưa thông tin từ vùng đệm trước rathiết bị
ƯU ĐIỂM: + Có hệ số song song cao,phổ dụng
Trang 17ƯU ĐIỂM: + Tiết kiệm không gian nhớ
+ Rút ngọn thời gian trao đổi thông tin ở bộ nhớtrong:
Trang 18Sau một khoảng thời gian nhất định thì các chưc năng của các vungđệm ttrao đổi cho nhau vòng tròn tức là vùng đệm vào-> vùng xử lí->vùng đệm ra ->vùng đệm vào.
Loại vùng đệm này có thẻ gắn vào từng file cụ thể hoặc gắn vào toànhệ thống.
-Chế độ gắn file: Phương pháp tổ chức này đặc biệt thích hợp khi ỗifile có một kích thước bản ghi vật lí riêng vùng đệm được xây dựng khinạp hệ thống và chưa gắn với một file cụ thể nào khi mở file một hoặcmột số vùng đệm được gắn vào file vầ phục vụ vho sự truy nhập file đó.
Khi đóng file vùng đệm không bị xóa mà được trả về cho hệ thôngnhư một tài nguyên chung.
3.2 Kĩ thuật kết khối